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Une alimentation ATX pour PC partir dune batterie de voiture 12 voltsVoici une alimentation ATX pour ordinateur, conue spcialement pour faire fonctionner nimporte quel PC (ou autre appareil incluant un microprocesseur) dans une voiture, partir de la batterie 12 V. Le montage prsent ici produit toutes les tensions ncessaires, positives ou ngatives.

utilisation dun ordinateur personnel en voiture induit toute une srie de problmes que rsout en partie la disponibilit sur le march des PC Notebook, cest-dire des portables, fonctionnant sur accumulateurs et dots dune autonomie apprciable. Les plus rcents permettent de faire pratiquement tout ce que lon peut faire avec une machine de bureau. Il arrive cependant quelquefois que lon doive effectuer des oprations pour lesquelles un ordinateur domestique serait tout fait indiqu mais lachat dun portable grverait le budget de faon rdhibitoire, surtout si lon doit linstaller demeure pour une seule application. Nous pensons, par exemple, aux systmes intelligents de gestion des vhicules, ou simplement aux microprocesseurs dont la seule finalit est de manipuler des informations mais sans jamais avoir montrer des donnes

lusager. Dans ce cas-l, les priphriques dsormais courant sur tous les portables, CD-ROM, modem, interface PCMIA et mme cran cristaux liquides, etc., sont bien videmment inutiles mais contribuent de faon notable lenvol du prix. Lunique solution, donc, pour pouvoir utiliser la puissance dun ordinateur personnel, et ce faible cot, consiste utiliser un PC classique. Mais ici surgit un problme considrable : lalimentation. Il va de soi quun ordinateur domestique est aliment par le rseau EDF 220 volts alternatifs, alors quen voiture nous ne disposons que de la tension fournie par la batterie, cest--dire 12 volts continus !

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AUTOMOBILELalternative (cest le cas de le dire !)La voici ! Premire solution, utiliser un convertisseur DC/AC 12/220 V avec lequel on alimente lordinateur. Seconde solution, concevoir et construire une alimentation ATX pour PC, modifie cependant pour fonctionner sur 12 Vcc. La premire a t carte parce quelle prsentait linconvnient de ncessiter la production dun courant parfaitement sinusodal pour viter dendommager lalimentation ATX standard du PC.

Notre solutionNous avons donc opt pour la seconde et conu une alimentation ATX par faitement compatible avec celles que lon trouve aujourdhui dans les ordinateurs bass sur Pentium II, III, Athlon, Duron, etc. Cela donne un circuit qui reoit le 12 Vcc en entre et lve cette tension pour la distribuer aux diffrents rgulateurs ncessaires lobtention des tensions requises par la carte mre. Certes, notre alimentation est plus encombrante quune du commerce, mais cette dernire aurait d tre prcde dun convertisseur lui aussi encombrant. Lalimentation propose ici est parfaitement en mesure dalimenter un PC complet : elle fournit une puissance relle totale de 150 watts (nous vous assurons que cela est plus que suffisant pour alimenter un PII avec carte vido 3D et HD).

Le schma lectrique de lalimentationEn vous reportant la figure 4, vous pourrez plus facilement comprendre les dtails ci-dessus et dautres encore venir. En effet dans les lignes suivantes nous expliquerons les analogies et les diffrences qui existent entre

notre alimentation ATX et celles du commerce. Avant tout, il faut dire que, dans tous les cas, des solutions hybrides sont mises profit, aussi bien la technique du dcoupage que la technique linaire. Normalement, le dcoupage donne 3,3 V, 5 V et 12 V positifs alors que les rgulateurs linaires ordinaires produisent 5 V et 12 V. En plus dun tage dentre de type step-up, cest-dire lvateur de tension, plutt que step-down (abaisseur), notre schma prsente une diffrence substantielle par rapport aux schmas standards : alors que ces derniers comportent une alimentation dcoupage, rgule sur la base dune tension de rtroaction prleve sur la piste +5 V, le ntre est constitu dun dcoupage 2 tensions denviron 40 V et 28 V (utilises par les autres conver tisseurs DC/DC et par les rgulateurs linaires).

Figure 1 : Brochage du connecteur standard ATX avec toutes les tensions ncessaires au fonctionnement complet des cartes mres des ordinateurs personnels daujourdhui.

Donc, lalimentation ATX propose dans ces pages prsente des sorties rgules, chacune par son propre rgulateur : cela est sans aucun doute un

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AUTOMOBILELe circuit intgr L4970ALe circuit intgr L4970A est un rgulateur dcoupage de 10 A (15 A max), rglable en tension de 5,1 40 V. Lutilisation de la nouvelle technologie BCD et des sorties transistor DMOS, permet dobtenir un trs bon rendement et une vitesse de commutation trs leve. Le rgulateur est mont dans un botier plastique 15 broches et ne demande, pour fonctionner, que peu de comFigure 2a : Vue latrale sur le circuit intrgr L4970A.

posants externes (photo 2a). Pour plus de dtails, nous vous invitons tlcharger le datasheet complet (en anglais) L4970A.PDF ladresse suivante : w w w. e l e c t r o n i q u e m a g a z i n e . c o m /telechargement.asp. A cette mme adresse, vous trouverez galement le fichier ATX_201.PDF qui donne les spcifications ATX, version 2.01.

Figure 2b : Affectation des 15 broches, toutes du mme ct, en forme de peigne.

Figure 2c : Le schma interne par sous-ensembles.

Figure 2d : Le tableau des caractristiques lectroniques du L4970A.

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AUTOMOBILEavantage en dpit dune plus grande complexit du circuit et dune perte de rendement par rapport la solution traditionnelle dans laquelle un seul transformateur produit toutes les tensions positives ( partir dune seule) et o deux seuls rgulateurs en botier TO220 se chargent des pistes ngatives du 5 V et du 12 V. Examinons maintenant en dtail le schma de la figure 4. Divisons-le, ce sera plus commode, en sous-ensembles fonctionnels : Le premier tage est un lvateur de tension dcoupage 2 tensions, une positive et lautre ngative, obtenues partir du 12 Vcc de la batterie de la voiture. Cinq rgulateurs constituent ltage suivant : 3 dentre eux sont aussi dcoupage, les 2 autres sont linaires. Il reste un sixime rgulateur de tension attaqu directement par le 12 Vcc dentre batterie et qui fournit le 5 V stabilis pour la logique de mise en route de la carte mre ATX (tension toujours disponible). Procdons par ordre et voyons le premier sous-ensemble, celui qui donne les tensions, positive et ngative, destines tre ensuite abaisses par les divers rgulateurs des sorties. Il sagit dun convertisseur DC/DC dcoupage, utilisant un transformateur dont le double primaire prise centrale est pilot en push-pull et dont le secondaire est double aussi. La mthode de travail est classique, malgr la prsence dune nouveaut remarquable constitue par le microcontrleur U7, qui fait office de gnrateur de signal de contrle des MOSFET. Aussi, nous navons pas employ le classique SG3525 ou le TL494 (les drivers PWM les plus courants pour alimentations dcoupage) mais un PIC12C672 programm pour lire ltat logique du signal de mise en route (POWERGOOD) directement sur la carte mre qui gre le softstart et produisant 2 signaux rectangulaires en opposition de phase, ncessaires au fonctionnement en push-pull du transformateur lvateur. Le microcontrleur doit toujours tre aliment (grce au 5 V obtenu par un rgulateur 7805, qui stabilise la tension dentre batterie 12 Vcc) et, jusqu ce que la broche 3 (signal de mise en marche) se trouve au niveau haut, il demeureOSCILLOSCOPE ANALOGIQUE 20 MHz - 2 canaux, double trace - Loupe x 5 - Fonctions X et Y - Testeur de composants ...SRC pub 02 99 42 52 73 07/2001

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en boucle, dans lattente de la commutation PWR ON qui maintient lalimentation en veille. Cette dernire condition est remplie lorsque lusager presse le poussoir de mise en marche de lordinateur, alors que la logique toujours alimente de la carte mre (par le +5 V prsent sur le fil VIOLET, PURPLE) porte zro le contact du connecteur ATX relatif au signal de PWR ON (fil VERT, GREEN). A ce moment, le PIC active le soft-start, produisant les deux ondes rectangulaires disponibles sur les broches 6 et 7. Les deux signaux sont, lun par rapport lautre, en opposition de phase et il doit en tre ainsi car les MOSFET de ltage suivant doivent tre excits alternativement, de faon alimenter une moiti du primaire la fois. Comme chaque MOSFET met la masse une moiti du primaire et comme cet enroulement comporte une prise centrale relie au +12 Vcc dentre batterie, on va trouver, aux bornes des secondaires, des tensions, rectangulaires elles aussi, mais alternes puisque, quand T1 est passant, la phase de la tension induite est oppose par rapport celle due ltat passant de T2. Cela sexplique par le fait que les deux moitis du primaire sont bobines dans le mme sens et que la conduction alterne des MOSFET tablit des courants opposs, ou, encore, dtermine dans le noyau de ferrite un flux magn-

Figure 3 : Gestion complte de lalimentation par le PIC12C672-MF375.

Nous avons utilis un microcontrleur PIC de faon pouvoir grer toutes les fonctions de lalimentation. La mise en marche est commande par un signal envoy par la carte mre (dont la logique 5 V doit tre toujours alimente) qui attend un signal de confirmation de cette mise en marche.

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Figure 4 : Schma lectrique de

tique qui change de signe chaque demi-priode. Aprs une seconde dmission des signaux PWM, tant donn que les tages en aval se sont rguls, le microcontrleur commute sa broche 2, qui prend ltat logique zro, bloque le transistor T3 et, dterminant ainsi un tat haut sur le fil GRIS (signal POWERGOOD, qui informe le BIOS de la carte mre que le systme peut se mettre en marche, toutes les tensions tant disponibles). Notez bien que les spcifications des alimentations ATX indiquent que le +5 V doit tre disponible avant 20 ms partir de la mise en route : notre

alimentation remplit cette condition en moins de 10 ms (8 ms typiques !). Un autre point prendre en considration : ltage qui fournit le signal de POWER-GOOD possde une rsistance de pull-up, alimente spcialement par la sortie +5 V de lalimentation. Ceci parce quen labsence dune quelconque rtroaction, si daventure un problme se produisait en aval du transformateur et que lalimentation ne donnt pas les tensions correctes, le microcontrleur ne pourrait pas sen rendre compte et, au bout dune seconde partir de la mise en route, enverrait quand mme le signal de POWER-GOOD.

Le circuit est conu de manire que, en cas de problme sur la piste du 5 V, ou sur le pont redresseur du positif, si le 5 V venait manquer, le signal de POWER-GOOD ne pourrait prendre le niveau haut. En fait la condition OK, donne par le microcontrleur, sapplique un transistor qui peut, soit se bloquer, soit laisser passer le 5 V vers la carte mre. Ainsi, si le 5 V fait dfaut, indpendamment de linformation donne par le microcontrleur, le signal sur le fil GRIS reste zro. Sur le secondaire du transformateur Ces choses importantes tant entendues, voyons ce qui se passe sur le secondaire du transformateur, aux bor-

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lalimentation ATX sur batterie 12 Vcc.

nes duquel se trouvent 2 tensions rectangulaires et alternes, redresses individuellement et lisses par leur propre condensateur. A noter toutefois que le positif du pont infrieur est reli au ngatif du pont suprieur. Cette connexion permet dobtenir une alimentation double : une tension positive et une ngative, condition indispensable tant donn que les cartes mres des PC requirent, on la vu, 5 V, 12 V et 3,3 V positifs, 5 V et 12 V ngatifs. Ajoutons que la tension positive atteint environ 40 V et la ngative environ 28 V. La raison en est que, si les rgulateurs dcoupage (U2, U3, U4) acceptent en entre jusqu 50 V, les linaires, en revan-

che, (79XX) ne supportent pas plus de 35 V.

Les sortiesCest ici que les circuits de sortie, ceux dont la finalit est de fournir exactement les diffrentes tensions requises, sont considrer avec attention. Analysons-les dans lordre. La sortie +5 V Le plus important est celui qui fournit le +5 V. Le cur de cette section est le rgulateur dcoupage intgr L4970A, un driver PWM charge inductive, capable de dbiter au moins

15 A. En pratique, ce composant actif alimente la self L1 en la reliant au positif gnral (broche 9), par le truchement de la broche 7, lnergie accumule sous leffet de chaque impulsion se dchargeant, travers la diode D1, dans les condensateurs de sortie C3, C4, C5 et C30. La diode sert fermer le circuit en dcharge et empche la surtension produite aux bornes de la self dendommager le transistor de sortie. De fait, selon la loi de Lenz, une self prive brusquement de tension dalimentation, ragit en produisant une tension de sens oppos qui, instantanment, peut prendre une valeur beaucoup plus haute. Sur la broche 11 (rtroaction),

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Figure 5 : Schma dimplantation des composants de lalimentation ATX pour PC partir dune batterie de voiture (12 Vcc).

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AUTOMOBILEListe des composantsR1 R2 R3 = 10 2/3 W = 2,2 k = 50 k trimmer multitour R4-R5 = 2,2 k R6 = 50 k trimmer multitour R7 = 2,2 k R8-R9 = 120 2/3 W R10 = 120 R11 = 47 k R12 = 10 k R13-R14 = 4,7 k R15-R16 = 270 R17-R18 = 10 R19-R20 = 100 R21 = 4,7 k R22 = 100 R23 = 10 k R24 = 470 R25 = 1,2 k R26-R27 = 15 k C1 C10 = 2200 F 16 V lectrolytique C11-C12 = 100 F 25 V lectrolytique C13-C14 C15-C16 C17-C18 C19 C20 C21 C22-C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 = = = = = = = = = = = = = = 2200 F 25 V lectrolytique 10 nF cramique 470 F 50 V lectrolytique 2,2 F 63 V lectrolytique 470 F 50 V lectrolytique 4700 F 50 V lectrolytique 10 F 63 V lectrolytique 2,2 F 100 V lectrolytique 330 pF cramique 22 nF multicouche 2,2 nF multicouche 220 nF multicouche 10 F 63 V lectrolytique 1 F polyester 100 V 10 mm 1 F polyester 63 V 5 mm 1 F polyester 100 V 10 mm 1 F polyester 63 V 5 mm 1 F polyester 100 V 10 mm Diodes MBR745 Diodes BY399 Pont redresseur KBL04 Self 47 H Self 220 H T1-T2 T3 T5 U1 U2 U3-U4 U5 U6 U7 U8 TF1 Divers : 5 3 9 9 1 1 1 1 Radiateurs ML33 ou q. (vr txt) Radiateurs ML26 ou q. (vr txt) Vis mtal. 3MA x 20 Ecrous mtal. 3MA Ventilateur 12 V Set de cbles alim. ATX Set de cbles alim. disque dur Circuit imprim rf. S357 = = = = = = = = = = MOSFET RFG70N06 NPN BC547 Rgulateur 7805 Rgulateur L4970A Rg. Ajust. switching LM2576T Rg. ngatif 7905 Rg. ngatif 7912 C PIC12C672-MF375 Rgulateur 78L05 Transfo (voir texte)

C31C34 = C35-C36 = C37-C38 C39 D2 D4 D5 D8 PT1 L1 L2-L3 = = = = = = =

le circuit intgr lit la tension de sortie afin dintervenir en labaissant, si elle augmente trop, ou en llevant, si elle chute cause dune augmentation de la charge. La sortie +3,3 V Passons la piste 3,3 V, sortie ralise grce un autre rgulateur PWM srie, LM2576-ADJ, fonctionnant comme le L4970, cest--dire charge inductive et pilotant, par des impulsions rectangulaires positives, la self L2. Cette dernire, pendant les priodes de pause, restitue lnergie emmagasine aux condensateurs de sortie C7, C8 et C31. Le LM2576 (U3) utilise la broche 4 (rtroaction) pour recevoir une partie de la tension de sortie provenant du curseur du trimmer R3. Celui-ci permet de faire varier le potentiel envoy lamplificateur derreur interne et au rgulateur, ce qui permet, en pratique, de rgler finement le potentiel prsent sur la piste +3,3 V. Cette sortie peut dbiter jusqu 5 A. La sortie +12 V La section du +12 V est, en substance, identique la prcdente et donc les remarques seraient les mmes. Lunique diffrence tient en ce que la tension de sortie, ajuste par R6, est de 12 V exactement.

Les sorties ngatives Les pistes ngatives, alimentes par la diffrence de potentiel prise aux bornes des condensateurs C20 et C36, utilisent des rgulateurs linaires ordinaires, 7905 pour le 5 V et 7912 pour le 12 V. En fait, les courants requis sur ces sorties sont vraiment faibles (300 mA au plus) et les compo-

sants de la srie 79XX sont pleinement adapts. En conclusion, nous dirons que le rendement de lalimentation ATX, dcrite dans cet article, est de 63 % pleine charge (un peu moins si la charge est moindre, cause de labsorption au repos).

Figure 6 : Photo dun des prototypes prt fonctionner.

Notre prototype est certes plus encombrant quun produit du commerce quivalent mais il permet de connecter un PC une batterie de voiture de 12 Vcc sans utiliser aucun convertisseur DC/AC.

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Figure 7 : Dessin lchelle 1 du circuit imprim de lalimentation ATX.

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AUTOMOBILELa ralisation pratiqueLa ralisation du circuit est relativement simple, les composants faciles trouver auprs des distributeurs, quant au connecteur dalimentation ATX, on le trouvera chez un revendeur dordinateurs. La premire chose faire est, bien sr, de prparer ou de se procurer le circuit imprim visible ct cuivre, lchelle 1, figure 7. Une fois grav et perc le circuit imprim, vous devrez tout dabord raliser les straps dinterconnexion, constitus par des fils de cuivre dnuds de 0,8 1 mm de diamtre. Ils sont au nombre de 15. Placer ensuite le support du microcontrleur en prenant soin dorienter le repre-dtrompeur vers C19 (reportez-vous figure 5 au schma dimplantation des composants).

LA LIBRAIRIEd b u t a n t s Llectronique ? Pas de panique ! Tome 1 Rf. : EO22-1 Prix : 169 FLlectronique ? pas de panique ! est une collection de livres dinitiation technique destins tous ceux qui sintressent llectronique, quel que soit leur ge ou leur niveau dinstruction. Notre but : faire comprendre llectronique vue de son ct pratique et cela pas pas. Ces trois tomes ont un point commun : des illustrations soignes, un texte clair accessible tous, permettant une initiation aise llectronique en proposant aux lecteurs des expriences qui doivent les conduire comprendre les phnomnes lectroniques. Ici, les formules sont expliques. Point de thories compliques mais une approche pratique de llectronique par le loisir, une mthode qui donne envie de bricoler et qui, dans le mme temps, permet lexprimentateur de comprendre ce quil fait. Les mots-cls sont souligns en marge du texte et un rsum termine chaque chapitre.

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Les alimentations ATXContrairement aux alimentations pour PC de premire gnration (appeles AT, ralises pour les ordinateurs personnels construits autour des microprocesseurs allant du 8088 au Pentium MMX), une alimentation ATX nest pas mise sous tension par simple connexion du secteur 220 Vac, mais par un signal de commande par tant de la carte mre de lordinateur et prsent sur lune des broches du connecteur.

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Enfilez rsistances et diodes en faisant attention la polarit de ces dernires. Les diodes redresseuses en botier TO220 seront disposes debout et orientes comme le montre la figure 5.Figure 8 : Les alimentations ATX.

Cest la raison pour laquelle lalimentation ATX se compose de 2 sections. Lune delles est toujours en fonction et fournit les 5 V la logique dactivation, une sorte de FLIP-FLOP qui, sur la carte mre, est command par le poussoir de mise en marche (PWR ON) ou bien par un signal de commande particulier venant du BIOS (du mme type que le signal provenant de la ligne relie au modem). Donc, la logique de contrle est toujours relie au 5 V (+5 Standby, fil violet, voir figure 1) fourni par la section toujours allume de lalimentation ATX et, quand elle est connecte, elle met la masse la broche du connecteur dalimentation relie au fil vert. Le passage 1/0 logique sur cette connexion allume ltage de puissance du dcoupage, et lalimentation fournit des tensions ordinaires, soit +3,3 V, + ou 5 V et + ou 12 V. La section de puissance sarrte lorsque, cause du signal de commande logiciel ou bien cause de laction sur le poussoir ON/OFF, la logique de la carte mre est rinitialise, le fil vert tant alors ouvert.

D2 sera fixe sur un dissipateur U, prsentant une rsistance thermique Rth de 15 18 C/W, qui vacuera la chaleur pendant le fonctionnement. Les rgulateurs, intgrs eux aussi, demandent tre monts sur dissipateurs : 7805, 7905 et 7912 et utiliseront chacun un dissipateur en U, dune Rth de 8 10 C/W (par exemple ML/33). Mme chose pour les dissipateurs des MOSFET P70N06. U8 fait exception : ce rgulateur 78L05, en botier plastique TO92, sera plac ct plat vers C37, et ne comportera aucun dissipateur. Le transformateur Le transformateur lvateur dcoupage sera ralis sur une carcasse de ferrite EI, modle EE4242, visible sur la photo de la figure 10, en enroulant, pour le primaire, 2 + 2 spires de fil de cuivre maill de 1,8 mm de diamtre. La prise centrale ira au positif dentre (+12 Vcc batterie) et chacune des extrmits au drain dun des MOSFET. Des secondaires, celui qui alimente le pont redresseur du positif (D5, D6, D7 et D8), sera constitu de 7 spires de fil de

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et bnficiez des 5 % de remise sur toute notre librairie douvrages techniques !cuivre maill de 1,3 mm de diamtre, tandis que lautre (vers PT1), de 5 spires seulement, du mme fil. Bien sr, avant de souder les extrmits des enroulements, il faut bien gratter, sur quelques millimtres de longueur, lmail qui protge le fil et empcherait la soudure de prendre. Vrification et rglages Compltez enfin les oprations de montage, vrifiez bien que tout est en place puis vous pourrez relier le circuit une alimentation ou une batterie 12 Vcc capables de dbiter une dizaine dampres. Ensuite, laide dun testeur, il faudra vrifier les diffrentes tensions des sorties : en particulier, il sera ncessaire de rgler les trimmers R3 et R6 pour obtenir respectivement 3,3 V et 12 V sur les sorties positives.

Figure 9 : Ltiquette des caractristiques principales dune alimentation du commerce.

Ltiquette ci-dessus peut servir la comparaison entre notre appareil et les alimentations standard ATX du commerce.

Nos prototypes ont t tests avec une charge constitue par MB ATX, Celeron 600, SVGA 3D et HD de 10 MB

Pour pouvoir effectuer les rglages, il faudra relier le +12 V lentre EN du PIC (figure 4) ou, videmment, envoyer le signal de mise en marche (PWR ON) en reliant la masse le contact correspondant (VERT). Faites le rglage des rgulateurs LM2576 et lalimentation est prte

fonctionner. Il faudra donc raliser la connexion la carte mre grce au connecteur spcial, cbler avec du fil aux couleurs standard (voir figure 1). Les fils rouges vont aux cosses marques +5 V ou R, les fils orange doivent entrer dans les trous marqus OR (3,3 V) tandis que les jaunes iront aux cosses Y (12 V). Le violet (+5 SB) sera soud sur la cosse POWERGOOD (VIOLET) et le blanc en W (5 V). Enfin le vert (ON) doit tre reli au trou GREEN. N A. G.

Cot de la ralisation*Tous les composants, visibles sur la figure 4, ncessaires la ralisation de cette alimentation ATX pour PC partir dune batterie de voiture 12 Vcc EF.375, y compris le circuit imprim et le microcontrleur PIC12C672-MF375 : 895 F. Le circuit imprim seul : 170 F. Le microcontrleur PIC12C672MF375 seul : 140 F.* Les cots sont indicatifs et nont pour but que de donner une chelle de valeur au lecteur. La revue ne fournit ni circuit ni composant. Voir les publicits des annonceurs.

Figure 10 : Gros plan sur le transfo et les transistors T1 et T2.

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